El océano tiene una estructura vertical muy estable, en general la temperatura disminuye con la profundidad y la densidad, que depende de la temperatura, la salinidad y la presión, aumenta con la profundidad (Fig 1.a).

La estructura vertical de densidad del océano hace que los movimientos verticales en el océano sean muy pequeños comparados con los movimientos horizontales. La mezcla interna más importante ocurre a lo largo de las isopicnas (líneas de igual densidad). La mezcla vertical o diapicna (a través de las isopicnas) en el océano son menos probables y cuando se dan se pueden deber a múltiples procesos de inestabilidad.

Figura 1. Perfil de temperatura (ºC), salinidad (psu), densidad potencial (kg/m3) y N2 (s-1) en una región del Mediterráneo (37.5N 7.5E). La temperatura disminuye con la profundidad, la salinidad aumenta con la profundidad a partir de …Fuente: figura propia datos World Ocean Atlas (WOA05)

La inestabilidad estática se asocia a cambios de densidad con la profundidad. De esta forma, un fluido es inestable cuando agua más densa se encuentra sobre agua menos densa. Por el contrario, un fluido es estable si el agua menos densa reposa sobre agua más densa. ¿Como de estable es el océano? A mayor contraste de densidades en la interface, mayor estabilidad
La densidad estática es importante en fluidos estratificados donde la densidad aumenta con la profundidad.

Mezcla vertical. Procesos difusivos

El proceso difusivo es aquel que se lleva a cabo a nivel molecular. Las moléculas o pequeñas parcelas de agua se mueven aleatoriamente (turbulencia) y se llevan consigo sus propiedades a las moléculas cercanas. Si hay una diferencia de calor o sal de un lado a otro de una región, entonces el empuje aleatorio suavizará gradualmente la diferencia.
La difusión molecular de una determinada propiedad es proporcional al gradiente medio de esa propiedad. Por ejemplo, en la columna de agua, donde la temperatura es menor a medida que aumenta la profundidad, el flujo de la difusión del calor tendrá la dirección hacia abajo (Fig 1). La difusividad molecular k de cada sustancia depende de la sustancia y del fluido. La difusividad molecular de la sal en el agua de mar es mucho menor que la del calor.
Si hay más concentración de una propiedad en un lugar que en otro, habrá un flujo hacia la menor concentración. Pero la concentración sólo cambiará si hay convergencia o divergencia de flujo. Por lo tanto, la difusión sólo actúa si el gradiente de la concentración de la propiedad varía.
Estados turbulentos, como el viento, aumentarán los procesos de mezcla difusivos en lo que se llama difusión turbulenta.

Doble difusión. Dedos de Sal

El impacto de la difusión en el flujo medio del océano será importante cuando genere inestabilidades porque la inestabilidad en el océano genera mezcla.

El calor se difunde unas 100 veces más rápido que la sal. La doble difusión surge de estas diferentes difusividades moleculares, actuando a escalas de centímetros a metros y puede crear capas internas bien mezcladas.

Cuando el agua salada y cálida se encuentra sobre el agua dulce y fría (Fig. 4), la capa inferior más fresca se calienta y asciende dentro de la capa superior; mientras que la capa superior se enfría y desciende, esto se denomina forma difusiva de doble difusión. Las columnas alternas se denominan "dedos de sal". La difusión lateral se produce entre los "dedos" y produce una capa uniforme que puede tener metros a decenas de metros de espesor en el océano.

Los efectos de digitación salina se observan en el océano donde hay fuertes contrastes de salinidad. Por tanto, intrusiones de masas de agua con diferentes propiedades generan estas inestabilidades. Un ejemplo paradigmático es lo que ocurre a través del estrecho de Gibraltar cuando las aguas Mediterráneas (más cálidas y salinas que las aguas Atlánticas) abandonan la cuenca hacia el Atlántico: un proceso de mezcla difusivo turbulento envuelve las aguas atlánticas a profundidades de unos 1000 m (Fig. 4). A estas profundidades se produce una doble difusión de temperatura y salinidad y se visualizan en los perfiles de temperatura y salinidad en forma de “escalera” (capas difusivas).